Исследователи из Китая разработали эпоксидную смолу, которая может затвердевать и менять свою форму в результате воздействия на нее света.

В отличие от традиционных эпоксидных полимеров, дефекты которых можно «залечить» с помощью нагревания, новый подход основан на создании композитного материала, который содержит распределенные по полимерной матрице углеродные нанотрубки, локально трансформирующие энергию света в тепловую энергию, необходимую для затвердевания эпоксидной смолы, таким образом, облучение полимер светом приводит к его самозаживлению и изменению его формы.

Традиционные эпоксидные смолы представляют собой олигомеры, содержащие эпоксидные группы и способные под действием отвердителей образовывать сшитые полимеры. Наиболее распространенные эпоксидные смолы — продукты поликонденсации эпихлоргидрина с фенолами, чаще всего — с бисфенолом А.В новом исследовании объектами стли витримеры – недавно полученный класс эпоксидных смол, в которых для образования сетчатой структуры и отвердения используется термически инициируемая переэтерификация, что позволяет менять форму полимера, не изменяя при этом число химических связей в полимере «старой» и «новой» формы.

Исследовательская группа Йена Вея (Yen Wei) и Яна Цзи (Yan Ji) из Университета Пекина интегрировала углеродные нанотрубки, известные своей высокой емкостью к фототермической трансляции в витример. При достаточной интенсивности света углеродные нанотрубки вырабатывают тепловую энергию, которой хватает до достижения температуры топологического замерзания (topology-freezing transition temperature – для полимеров, способных к вторичной сшивке и изменению формы при нагревании вследствие перераспределения сетки ковалентных химических связей это своеобразный аналог температуры перехода в стеклообразное состояние для обычных, термопластичных полимеров, что позволяет размягчить полимерный композит и изменить его форму за минуты или даже секунды.

Сложноэфирная и гидроксильная группы реагируют, образуя новый эфир и новое гидрокси-соединение, которые могут продолжить реакцию.

Принимавший участие в исследовании Ян Ян (Yang Yang) поясняет, что новая методика гибкой сварки полимеров может применяться на практике еще и потому, что углеродные нанотрубки могут преобразовывать в тепловую энергию не видимый свет, а инфракрасное и другие типы излучения, позволяя таким образом проводит сварку, переформование или залечивание непрозрачных полимеров. Исследователи предполагают и то, что новая методика позволит связывать конструкционные элементы из термопластов и эпоксидов с различным химическим составом, что пока невозможно.

Специалист по химии материалов Джиотирайии Аравинд (Jyothirmayee Aravind) отмечает, что новая работа открывает новые возможности для практического использования углеродных нанотрубок, витримеров и композиционных материалов.